8 клас 09.02.2024 Конструкційні матеріали та їх властивості

 

8 клас  09.02.2024

ТЕМА: Конструкційні матеріали та їх властивості

I. Актуалізація опорних знань

• 1. Пригадай, з якими конструкційними матеріалами ти працював у попередніх класах. Які з них природні, а які - штучні?

II. Вивчення нового матеріалу

Сучасні конструкційні матеріали інтер’єрного призначення

Значну частину свого життя людина проводить у житлових та виробничих приміщеннях. У таких умовах вона прагне створити для себе привабливе комфортне середовище. Саме цим пояснюється наша цікавість до дизайну та якості предметів інтер’єрного призначення: меблів, санітарно-технічного обладнання, приладів для освітлення помешкання, аксесуарів, предметів декору, кімнатних рослин тощо.

Надійність таких виробів та їх технічна й економічна ефективність значною мірою залежать від матеріалів, з яких їх виготовлено. Сучасне виробництво має у своєму розпорядженні широкий їх вибір. Метал, скло, натуральне дерево, пластик, папір - ці розповсюджені конструкційні матеріали ти найчастіше помічаєш і в домашньому, і в шкільному інтер’єрах.

Привабливим є поєднання в інтер’єрах металу і дерева, металу і скла, металу і натуральних тканин. Артефакти (штучно створені об’єкти) у техніці художнього кування естетично сприймаються в нашому інтер’єрі. Ковані вироби надають інтер’єру вишуканості й величності. Це можуть бути меблі, камінна решітка, люстра і навіть свічник (мал. 1).

                                                

                                                                     Мал. 1. Конструкційні матеріали в інтер’єрі

Знаходить своє місце в інтер’єрі й деревина, що з давніх часів була улюбленим і цінним конструкційним матеріалом. Для виготовлення виробів та декоративного оздоблення інтер’єру сьогодні використовують деревину таких порід, як слива, кедр, тиса, горіх, червоне дерево (махагонь), лимонне дерево. Дедалі частіше в інтер’єрі використовують вироби з бамбука та коркового дерева (мал. 2).

                                               

                                                                       Мал. 2. Бамбук і коркове дерево в інтер’єрі

Сьогодні популярним є плетіння виробів із природних матеріалів. Для виготовлення таких речей використовують лозу та солому (мал. 3). Цей матеріал є доступним. Зростає попит на вишукані меблі, кошики, інші предмети домашнього вжитку, виконані з обкореної лози, пофарбовані барвниками, а інколи й позолочені.

                               

                                                                                Мал. 3. Вироби з лози

Поряд з природними використовують і штучні матеріали. Це нові конструкційні матеріали - композити - тверді матеріали, що утворюються в результаті поєднання двох або більше компонентів і характеризуються покращеними властивостями, ніж початкові складники. Один компонент пластичний (зв’язувальна речовина, або матриця), а інші мають високі характеристики міцності (армуючий наповнювач або зміцнювач).

    У композитному матеріалі матриця забезпечує пластичність, зміцнювач - армування матеріалу. Наприклад, склопластик виготовляють шляхом занурення тоненьких скляних волокон у рідку чи желеподібну основу з пластику (полімеру). Коли цей полімер твердне, або застигає, утворюється композиційний матеріал, що відзначається легкістю, міцністю та гнучкістю. Змінюючи вид волокон та основи, можна виготовити багато різноманітних виробів (мал. 4).

                                          

Мал. 4. Застосування композитів у інтер’єрі

Найрозповсюдженішими деревними композиційними матеріалами є відомі вже тобі фанера, ДСП, а також МДФ (деревоволокниста плита середньої щільності), ОСП (орієнтовно-стружкова плита) та ДПК (деревно-полімерний композит). За зовнішнім виглядом деревно-полімерний композит схожий на плити МДФ і ДВП (мал.5).

                                           

Мал. 5. Застосування деревно-полімерних композитів: 

облаштування квітників, клумб, доріжок, веранд

Деревинношарові пластики - деревоволокниста плита (ДВП), ламінатна плита (ЛП) - мають високу міцність, хімічну стійкість та зносостійкість і служать для заміни традиційних конструкційних матеріалів. Їх використовують як конструкційні, електроізоляційні матеріали в машинобудівній та електротехнічній, приладобудівній промисловості, на транспорті, для виготовлення елементів будівельних конструкцій, улаштування підлоги, допоміжних кріпильних і монтажних елементів тощо (мал. 6).

                                         

Мал. 6. Вироби з деревинношарових ламінатних пластиків

Гетинакс (папір та епоксидна смола), текстоліт (тканина та епоксидні смоли) використовуються як ізоляційний матеріал (мал. 7). Виготовляючи вироби, технологія яких включає, зокрема, електротехнічні роботи, деякі деталі (декоративні настільні лампи, бра тощо), що передбачають ізолювання, можна зробити із цього матеріалу.

                                           

                                               Мал. 7. Сучасні штучні матеріали: а - гетинакс; б - текстоліт

Легкості й витонченості інтер’єру додає вітражне кольорове скло. Художні вироби зі скла стали для нас уже звичними предметами. Так, для виготовлення столів, журнальних столиків використовують загартоване скло (мал. 8, а). Технологія гарту дуже проста - гаряче скло поступово охолоджують на спеціальному обладнанні. Навіть якщо все-таки розбити загартоване скло, утворяться скалки заокругленої форми. Воно витримує температуру до 270 °С та велике навантаження (мал. 8, б).

Мал. 8. Вироби із загартованого скла

Дедалі частіше в інтер’єрі приміщень трапляються вироби з так званого ламінованого скла (триплексу). Триплекс - це цілісне полотно з кількох шарів скла, склеєних еластичною плівкою (полімером), завдяки чому вироби із цього матеріалу є надзвичайно безпечними. Якщо скло розіб’ється, то його уламки залишаться на місці, міцно скріплені один з одним (мал. 9).

Мал. 9. Триплекс

    Склопластики - композитні матеріали у вигляді листів, конструкційних матеріалів різного профілю, які виготовляють методом просочування скловолокна або склотканини рідкими смолами з наступним їхнім твердненням (мал. 9, 10).

Мал. 9. Склопластики

    Сучасним екологічно чистим композитним матеріалом, що використовують дизайнери інтер’єрів і будівельники, є гіпсокартон. В архітектурі і ландшафтному дизайні набуває поширення зовнішня цементна плита-аквапанель, яка в сухому вигляді легко згинається. Стає реальністю проектування й конструювання криволінійних форм інтер’єрів та екстер’єрів «сухими» технологіями. Часто нам трапляються й вироби з пінопласту. Цей матеріал є пластичною масою, що отримана шляхом піноутворення. При нагріванні з виділенням газів полімер має вигляд застиглої піни.

Мал. 10. Вироби із склопластика в інтер’єрі: а - робоче місце; б - робочий стіл; в - столик, що імітує скатертину; г - ваза, що нагадує перевернутий шматок тканини; д - підставка для пультів

    Для того щоб застосування матеріалів для виготовлення предметів інтер’єру було доцільним та безпечним, необхідно враховувати їх властивості з усіма перевагами й недоліками. Властивість матеріалу - це його здатність певним чином реагувати на вплив ззовні. Реакція матеріалу на такий вплив залежить від його хімічного складу і структури.

    Будову природних матеріалів обумовлюють особливості їх походження та умови утворення, а штучних матеріалів - технологія їх виробництва та обробки.

Властивості конструкційних матеріалів

    Усім конструкційним матеріалам притаманні певні технологічні та експлуатаційні властивості.

         Технологічні властивості проявляються в процесі виготовлення, переробки та використання матеріалів і виробів із них. Такими властивостями, наприклад, є здатність матеріалів піддаватись різанню, згинанню, точінню, шліфуванню, поліруванню тощо. Технологічні властивості мають велике практичне значення, оскільки від них залежить якість продукції.

    Експлуатаційні властивості конструкційних матеріалів - це їх здатність упродовж визначеного терміну задовольняти певні вимоги. До основних належать пружність, пластичність, зносостійкість, стираність. Стираність - це властивість матеріалу чинити опір впливу зношення через стирання. Ця властивість важлива для матеріалів, якими покривають підлогу, сходи (дерево, кахель для підлоги тощо).

    Багато композитів перевершують традиційні матеріали і сплави за своїми механічними властивостями, і водночас вони легші. Використання композитів зазвичай дозволяє зменшити масу конструкції при збереженні чи поліпшенні її механічних характеристик. Окремі композитні матеріали ти зможеш використовувати у виготовленні виробів для інтер’єру своєї кімнати, квартири тощо.

Без сумніву, як традиційні, так і нові сучасні матеріали потрібно використовувати економно. Серед джерел та шляхів економії найбільшу увагу можна приділити комплексній переробці сировини й використанню вторинних матеріальних ресурсів і відходів виробництва та споживання.

Для найдопитливіших

Композити, які створила людина, не порівнянні з тими, які закладені від природи в людських, тваринних та рослинних організмах. Біоніка, біоміметика, або біомімікрія, - це новітній напрям розробки та обробки матеріалів. Нині зростає інтерес до біоміметики як до галузі копіювання унікальних функцій і виробничих процесів живих організмів, застосування цих технологій під час розробки й створення продукції. Учені та технологи всього світу розвивають технології майбутнього, що можуть стати ключем до розв’язання проблем економіки, навколишнього середовища та енергетики.

Біоміметикою називають галузь застосування найкращих характеристик живих організмів у розробці новітніх матеріалів.

Одним з успіхів біоніки дотепер є розробка брудо- і водовідштовхувальних покриттів, виробництво яких ґрунтується на використанні властивостей поверхні листка індійського лотоса, що майже не змочується водою за рахунок так званого ефекту лотоса (мал. 11, а).

У галузі розробок ефективних і безвідходних будівельних технологій перспективним напрямом є створення шаруватих конструкцій. Ідея запозичена в будові глибоководних молюсків (мал. 11, б).

Мал. 11. Розробки біоніки

Природні композиційні матеріали є аналогами для створення штучних. Маленькі голівки реп’яха, вкриті крихітними гачечками, є природними аналогами «липучки» (мал. 11, в).

Є багато властивостей об’єктів живої природи, які можна застосувати під час розробки нових матеріалів. Наприклад, жирова тканина допомагає китам спливати, слугує засобом теплоізоляції та джерелом живлення. Павутиння в п’ять разів міцніше за сталь і водночас дуже еластичне.

III. Підводимо підсумки.

Армування - зміцнення виробів або конструкцій елементами (арматурою) з міцнішого матеріалу.

Артефакт (лат. «штучно + створений») - термін, що підкреслює відмінності художнього твору як результату творчої діяльності людини від об’єктів природи.

Гетинакс - електроізоляційний прошарковий матеріал, що має паперову основу, просочену фенольною або епоксидною смолою.

Експлуатаційні властивості конструкційних матеріалів - здатність конструкційних матеріалів упродовж визначеного терміну задовольняти певні вимоги: зносостійкість, термостійкість, водонепроникність тощо.

Інтер’єр (франц. «внутрішній») - відносно замкнений та організований у функціонально-естетичному плані простір усередині будівлі.

Композит - виріб, виготовлений з двох або кількох конструкційних матеріалів, різнорідних за технологічними властивостями.

Триплекс - матеріал, що складається з кількох шарів: двох і більше шарів силікатного або органічного скла та прозорого пластичного матеріалу, що склеює ці шари.

IV. Домашнє завдання
Опрацювати теоретичний матеріал. Виконати тестову роботу.

Тестові завдання

1. Нові конструкційні матеріали, що утворюються в результаті поєднання двох або більше компонентів і характеризуються покращеними властивостями, ніж початкові складники, - це...

• А зв’язувальна речовина, або матриця
• Б армуючий наповнювач, або зміцнювач
• В композит

2. Установи відповідність між зображеннями та назвами деревних конструкційних матеріалів.

• А фанера
• Б плита OSB
• В оргскло
• Г пінопласт
• Д ламінована деревостружкова плита
• Е деревно-полімерний композит (ДПК)
• Наприклад: 5-М

3. Які особливості потрібно враховувати, виготовляючи вироби з деревини?
(Декілька правильних відповідей)

• А вади деревини
• Б текстуру деревини
• В напрямок волокон деревини
• Г умови використання виробу
• Д усі перелічені особливості

4. Копіювання унікальних функцій і виробничих процесів живих організмів, застосування цих технологій під час розробки й створення продукції пропонується науковою галуззю...

• А екологією
• Б технологією
• В біоміметикою

 Відповіді надсилайте на адресу: irina.kefala@gmail.com   

Не забувайте вказувати прізвище, клас і число виконаної роботи.

Чекаємо на перемогу!!!